Basalto de Cadeias Meso-Basalto de Cadeias Meso-Oceânicas (MORBs)Oceânicas (MORBs)

Figure 13-1. After Minster et al. (1974) Geophys. J. Roy. Astr. Soc., 36, 541-576.

Segmentos da Segmentos da Cadeia e Taxas Cadeia e Taxas

de expansãode expansão

• Cadeias com lenta Cadeias com lenta expansãoexpansão

• < 3 cm/a < 3 cm/a • Cadeias com expansão Cadeias com expansão

rápidarápida

> 4 cm/a são > 4 cm/a são conhecidasconhecidas

• Variações TemporaisVariações Temporais são são também conhecidastambém conhecidas

Table 13-1. Spreading Rates of Some Mid-Ocean

Ridge Segments

Category Ridge Latitude Rate (cm/a)*

Fast East Pacific Rise 21-23oN 313oN 5.311oN 5.68-9oN 62oN 6.3

20-21oS 833oS 5.554oS 456oS 4.6

Slow Indian Ocean SW 1SE 3-3.7

Central 0.9

Mid-Atlantic Ridge 85oN 0.645oN 1-336oN 2.223oN 1.348oS 1.8

From Wilson (1989). Data from Hekinian (1982), Sclater et al .

(1976), Jackson and Reid (1983). *half spreading

Estrutura da Crosta Oceânica e do Manto Estrutura da Crosta Oceânica e do Manto SuperiorSuperior

4 camadas são distinguidas através de diferenças nas 4 camadas são distinguidas através de diferenças nas velocidades sísmicasvelocidades sísmicas

Programa de perfuração do mar profundo Programa de perfuração do mar profundo (máximo de 1500 m)(máximo de 1500 m) Dragagem Dragagem das escarpas de zonas de fratura das escarpas de zonas de fratura

(amostras fontes profundas)(amostras fontes profundas) Ofiolitos (massas de crosta oceanica e manto Ofiolitos (massas de crosta oceanica e manto

superior empurradas sobre o continente)superior empurradas sobre o continente)

Estrutura da Crosta Estrutura da Crosta Oceânica e Manto Oceânica e Manto

SuperiorSuperior

Ofiolito =Ofiolito =

(incorporado ao (incorporado ao continente e continente e

exposto a erosão)exposto a erosão)

Figure 13-3.Figure 13-3. Lithology and thickness of Lithology and thickness of a typical ophiolite sequence, based on a typical ophiolite sequence, based on the Samial Ophiolite in Oman. After the Samial Ophiolite in Oman. After Boudier and Nicolas (1985) Earth Boudier and Nicolas (1985) Earth Planet. Sci. Lett., 76, 84-92. Planet. Sci. Lett., 76, 84-92.

Camada 1Camada 1

Uma fina Uma fina camada de camada de sedimentos sedimentos pelágicos pelágicos

(ausente no (ausente no eixo da eixo da cadeia)cadeia)

Estrutura da crosta Oceânica e Manto Estrutura da crosta Oceânica e Manto SuperiorSuperior

Figure 13-4.Figure 13-4. Modified after Modified after Brown and Mussett (1993) Brown and Mussett (1993) The The Inaccessible Earth: An Inaccessible Earth: An Integrated View of Its Structure Integrated View of Its Structure and Composition. Chapman & and Composition. Chapman & Hall. London.Hall. London.

Camada 2 Camada 2 éé basalto basalto

Subdividida em Subdividida em duas sub-camadasduas sub-camadas

Camadas 2A & B = Camadas 2A & B = pillow basaltospillow basaltos

Camada 2C = Camada 2C = Enxame de diques Enxame de diques verticaisverticais

Oceanic Crust and Upper Oceanic Crust and Upper Mantle StructureMantle Structure

Figure 13-4.Figure 13-4. Modified after Modified after Brown and Mussett (1993) Brown and Mussett (1993) The The Inaccessible Earth: An Inaccessible Earth: An Integrated View of Its Structure Integrated View of Its Structure and Composition. Chapman & and Composition. Chapman & Hall. London.Hall. London.

Camada 3Camada 3 mais complexa e controversa mais complexa e controversa

Acredita-se ser composta principalmente por gabbros, cristalizados apartir de uma Acredita-se ser composta principalmente por gabbros, cristalizados apartir de uma câmara câmara magmatica axial rasa magmatica axial rasa (alimentando os diques e basaltos)(alimentando os diques e basaltos)

Camada 3A Camada 3A = = superior, gabros superior, gabros isotropicos e a isotropicos e a inferior, um pouco inferior, um pouco foliados foliados (“transitional”) (“transitional”) gabbrosgabbros

Camada 3BCamada 3B é mais é mais acamadada e exibe acamadada e exibe texturas de texturas de cumuladoscumulados

Diorito e tonalito Diorito e tonalito Discontinuos Discontinuos (“plagiogranite”)(“plagiogranite”) Corpos pequenos = Corpos pequenos = liquidos tardios liquidos tardios differenciadosdifferenciados

Figure 13-3.Figure 13-3. Lithology and thickness of Lithology and thickness of a typical ophiolite sequence, based on a typical ophiolite sequence, based on the Samial Ophiolite in Oman. After the Samial Ophiolite in Oman. After Boudier and Nicolas (1985) Earth Boudier and Nicolas (1985) Earth Planet. Sci. Lett., 76, 84-92. Planet. Sci. Lett., 76, 84-92.

Camada 4Camada 4 = = rochas ultramaficasrochas ultramaficas

Ofiolitos: base da 3B grada Ofiolitos: base da 3B grada para cumulato de wehrlitos para cumulato de wehrlitos & gabbro & gabbro

WehrlitoWehrlito intrusivo nos intrusivo nos gabbros acamadadosgabbros acamadados

Abaixo Abaixo cumulato de cumulato de dunitodunito com xenolitos de com xenolitos de harzburgitoharzburgito

Abaixo tem um Abaixo tem um tectonito detectonito de harzburgito e dunito harzburgito e dunito (residuo não fundido do (residuo não fundido do manto original)manto original)

Petrografia e Quimica de Elementos Petrografia e Quimica de Elementos MaioresMaiores

Basalto quimicamente distinto de outras Basalto quimicamente distinto de outras associações associações

Um MORB “tipico” MORB é um Um MORB “tipico” MORB é um olivina olivina tholeiitotholeiito com baixo K com baixo K22O (< 0.2%) e baixo TiOO (< 0.2%) e baixo TiO22

(< 2.0%)(< 2.0%) Somente Somente vidrovidro realmente representa a realmente representa a

composição do composição do líquidolíquido

A sequência de cristalalização comum é : A sequência de cristalalização comum é : olivinaolivina ( ( Mg-Cr espinelio), Mg-Cr espinelio), olivina + plagioclasioolivina + plagioclasio ( ( Mg-Cr Mg-Cr spinel), spinel), olivina + plagioclasio + clinopiroxênioolivina + plagioclasio + clinopiroxênio

Figure 7-2.Figure 7-2. After Bowen After Bowen (1915), A. J. Sci., and (1915), A. J. Sci., and Morse Morse (1994)(1994), Basalts and , Basalts and Phase Diagrams. Krieger Phase Diagrams. Krieger Publishers.Publishers.

Oxidos de Fe-TiOxidos de Fe-Ti são restritos ao assoalho, e assim são restritos ao assoalho, e assim forman-se forman-se tardios tardios na sequência de MORBna sequência de MORB

Figure 8-2.Figure 8-2. AFM diagram for AFM diagram for Crater Lake volcanics, Crater Lake volcanics, Oregon Cascades. Data Oregon Cascades. Data compiled by Rick Conrey compiled by Rick Conrey (personal communication).(personal communication).

Os elementos maiores em MORBsOs elementos maiores em MORBs

Originalmente considerados como Originalmente considerados como extremamente uniformes, interpretados como extremamente uniformes, interpretados como uma petrogêsene simplesuma petrogêsene simples

Amostragem mais extensiva tem mostrtado Amostragem mais extensiva tem mostrtado que eles exibem uma (restrita) que eles exibem uma (restrita) variaçãovariação das das composiçõescomposições

MORBMORB

Table 13-2. Average Analyses and CIPW Norms of MORBs (BVTP Table 1.2.5.2)

Oxide (wt%) All MAR EPR IORSiO2 50.5 50.7 50.2 50.9

TiO2 1.56 1.49 1.77 1.19

Al2O3 15.3 15.6 14.9 15.2FeO* 10.5 9.85 11.3 10.3MgO 7.47 7.69 7.10 7.69CaO 11.5 11.4 11.4 11.8Na2O 2.62 2.66 2.66 2.32

K2O 0.16 0.17 0.16 0.14

P2O5 0.13 0.12 0.14 0.10Total 99.74 99.68 99.63 99.64

Normq 0.94 0.76 0.93 1.60or 0.95 1.0 0.95 0.83ab 22.17 22.51 22.51 19.64an 29.44 30.13 28.14 30.53di 21.62 20.84 22.5 22.38hy 17.19 17.32 16.53 18.62ol 0.0 0.0 0.0 0.0mt 4.44 4.34 4.74 3.90il 2.96 2.83 3.36 2.26ap 0.30 0.28 0.32 0.23All: Ave of glasses from Atlantic, Pacific and Indian Ocean ridges.

MAR: Ave. of MAR glasses. EPR: Ave. of EPR glasses.

IOR: Ave. of Indian Ocean ridge glasses.

MgO and FeOMgO and FeO

AlAl22OO33 and CaO and CaO

SiO2SiO2

NaNa22O, KO, K22O, TiOO, TiO22, ,

PP22OO55

Figure 13-5.Figure 13-5. “Fenner-type” variation “Fenner-type” variation diagrams for basaltic glasses from the diagrams for basaltic glasses from the Afar region of the MAR. Note different Afar region of the MAR. Note different ordinate scales. From Stakes et al. ordinate scales. From Stakes et al. (1984) (1984) J. Geophys. Res., 89, 6995-7028.J. Geophys. Res., 89, 6995-7028.

Conclusões sobre MORBs, e os processos Conclusões sobre MORBs, e os processos abaixo de cadeias meso-oceânicasabaixo de cadeias meso-oceânicas

MORBs não são magmas completamente MORBs não são magmas completamente uniformes como se considerava antes uniformes como se considerava antes

Eles mostram trends químicos consistentes Eles mostram trends químicos consistentes com atuação de processos de cristalização com atuação de processos de cristalização fracionada de olivina, plagioclasio, e as fracionada de olivina, plagioclasio, e as vezes clinopiroxeniovezes clinopiroxenio

MORBs MORBs não podem ser magmas primáriosnão podem ser magmas primários, , mas são magmas derivados resultantes da mas são magmas derivados resultantes da cristalização fractionada (~ 60%)cristalização fractionada (~ 60%)

Segmento de cadeia Segmento de cadeia Rápidas Rápidas (EPR) (EPR) uma uma grande variação grande variação da da composição e uma larga composição e uma larga proporção de liquídos proporção de liquídos evoluidosevoluidos

(magmas extrudidos (magmas extrudidos levemente for a do eixo levemente for a do eixo da cadeia são mais da cadeia são mais evoluidos do que os no evoluidos do que os no eixos)eixos)

Figure 13-8.Figure 13-8. Histograms of over 1600 glass Histograms of over 1600 glass compositions from slow and fast mid-compositions from slow and fast mid-ocean ridges. After Sinton and Detrick ocean ridges. After Sinton and Detrick (1992) (1992) J. Geophys. Res., 97, 197-216.J. Geophys. Res., 97, 197-216.

For constant Mg#For constant Mg# considerable variation is still apparent. considerable variation is still apparent.

Figure 13-9. Data from Schilling et al. (1983) Amer. J. Sci., 283, 510-586.

Fonte mantelica para Magmas tipo MORB são regiões Fonte mantelica para Magmas tipo MORB são regiões ricas em Incompativeis e regiões pobre em elementos ricas em Incompativeis e regiões pobre em elementos incompativeisincompativeis

N-MORBN-MORB ( (normalnormal MORB) intercepta a fonte MORB) intercepta a fonte mantelica do manto superior empobrecidomantelica do manto superior empobrecido

Mg# > 65: KMg# > 65: K22O < 0.10 TiOO < 0.10 TiO22 < 1.0 < 1.0

E-MORBE-MORB ( (enriquecidoenriquecido MORB, também chamado MORB, também chamado P-MORBP-MORB de de plumapluma) intercepta o manto fértil ) intercepta o manto fértil (profundo)(profundo)

Mg# > 65: KMg# > 65: K22O > 0.10 TiOO > 0.10 TiO22 > 1.0 > 1.0

Elementos TraçosElementos Traços Diagrama de ETR (REE) para MORBsDiagrama de ETR (REE) para MORBs

Figure 13-10.Figure 13-10. Data from Data from Schilling et al. Schilling et al. (1983) (1983) Amer. J. Amer. J. Sci., 283, 510-586.Sci., 283, 510-586.

E-MORBs (retangulos) E-MORBs (retangulos) enriquecido em relação aoenriquecido em relação ao N- N-MORBs (triangulos vermelhos): MORBs (triangulos vermelhos): em respeito ao Mg# em respeito ao Mg#

Ausência de quebras distintas sugerem Ausência de quebras distintas sugerem trêstrês tipos de tipos de MORBMORB

E-MORBs La/Sm > 1.8E-MORBs La/Sm > 1.8 N-MORBs La/Sm < 0.7N-MORBs La/Sm < 0.7 T-MORBsT-MORBs (transitional) valores intermediarios (transitional) valores intermediarios

Figure 13-11.Figure 13-11. Data from Data from Schilling et al. (1983) Schilling et al. (1983) Amer. Amer. J. Sci., 283, 510-586.J. Sci., 283, 510-586.

N-MORBs: N-MORBs: 8787Sr/Sr/8686Sr < 0.7035 e Sr < 0.7035 e 143143Nd/Nd/144144Nd > Nd > 0.5130, 0.5130, Fonte mantelica empobrecidaFonte mantelica empobrecida

E-MORBs extende-se para valores mais E-MORBs extende-se para valores mais enriquecidos enriquecidos suporta fortemente distintos suporta fortemente distintos reservatórios mantélicos para os MORBs tipo- N reservatórios mantélicos para os MORBs tipo- N e tipo-Ee tipo-E

Figure 13-12.Figure 13-12. Data from Ito Data from Ito et al. (1987) et al. (1987) Chemical Chemical Geology, 62, 157-176; Geology, 62, 157-176; and and LeRoex et al. (1983) LeRoex et al. (1983) J. J. Petrol., 24, 267-318.Petrol., 24, 267-318.

Conclussões:Conclussões: MORBs tem > 1 região fonteMORBs tem > 1 região fonte O manto abaixo das bacias oceânicas não é O manto abaixo das bacias oceânicas não é

homogeneo.homogeneo. N-MORBs deriva do manto superior, N-MORBs deriva do manto superior,

empobrecidoempobrecido E-MORBs deriva de fonte profunda E-MORBs deriva de fonte profunda

enriquecidaenriquecida T-MORBs = mistura de N- e E- magmas T-MORBs = mistura de N- e E- magmas

durante ascenção e/ou em câmaras durante ascenção e/ou em câmaras magmáticas rasas.magmáticas rasas.

Dados Experimentais: Magma parental foi saturado com Dados Experimentais: Magma parental foi saturado com olivina, cpx, and opx olivina, cpx, and opx P variando = 0.8 - 1.2 GPa (25-35 P variando = 0.8 - 1.2 GPa (25-35 km)km)

Figure 13-10.Figure 13-10. Data from Data from Schilling et al. Schilling et al. (1983) (1983) Amer. J. Amer. J. Sci., 283, 510-586.Sci., 283, 510-586.

Implications of shallow P range from major element data:Implications of shallow P range from major element data: MORB magmas = product of partial melting of mantle MORB magmas = product of partial melting of mantle

lherzolite in a rising lherzolite in a rising solidsolid diapir diapir Melting must take place over a Melting must take place over a rangerange of pressures of pressures The pressure of multiple saturation represents the point at The pressure of multiple saturation represents the point at

which the melt was which the melt was last in equilibrium withlast in equilibrium with the solid the solid mantle phasesmantle phases

Trace elementTrace element and and isotopicisotopic characteristics of the melt reflect the characteristics of the melt reflect the equilibrium distribution of those elements between the melt and equilibrium distribution of those elements between the melt and the the sourcesource reservoir (deeper for E-MORB) reservoir (deeper for E-MORB)

The The major elementmajor element (and hence (and hence mineralogicalmineralogical) character is ) character is controlled by the equilibrium maintained between the melt and controlled by the equilibrium maintained between the melt and the residual mantle phases during its rise until the melt separates the residual mantle phases during its rise until the melt separates as a system with its own distinct character (shallow)as a system with its own distinct character (shallow)

MORB PetrogenesisMORB Petrogenesis

Separation of the platesSeparation of the plates Upward motion of mantle Upward motion of mantle

material into extended zonematerial into extended zone Decompression partial Decompression partial

meltingmelting associated with associated with near-adiabatic rise near-adiabatic rise

N-MORBN-MORB melting initiated melting initiated ~ 60-80 km depth in upper ~ 60-80 km depth in upper depleted mantle where it depleted mantle where it inherits depleted trace inherits depleted trace element and isotopic char.element and isotopic char.

GenerationGeneration

Figure 13-13.Figure 13-13. After Zindler et al. (1984) After Zindler et al. (1984) Earth Earth Planet. Sci. Lett., 70, 175-195.Planet. Sci. Lett., 70, 175-195. and Wilson (1989) and Wilson (1989) Igneous Petrogenesis, Kluwer. Igneous Petrogenesis, Kluwer.

Region of melting Region of melting Melt blobs Melt blobs separateseparate at about at about

25-35 km25-35 km

GenerationGeneration

Figure 13-13.Figure 13-13. After Zindler et al. (1984) After Zindler et al. (1984) Earth Earth Planet. Sci. Lett., 70, 175-195.Planet. Sci. Lett., 70, 175-195. and Wilson (1989) and Wilson (1989) Igneous Petrogenesis, Kluwer. Igneous Petrogenesis, Kluwer.

Lower enriched Lower enriched mantle reservoir mantle reservoir may also be drawn may also be drawn

upward and an upward and an E-E-MORBMORB plumeplume initiatedinitiated

Figure 13-13.Figure 13-13. After Zindler et al. After Zindler et al. (1984) (1984) Earth Planet. Sci. Lett., 70, 175-Earth Planet. Sci. Lett., 70, 175-195.195. and Wilson (1989) Igneous and Wilson (1989) Igneous Petrogenesis, Kluwer. Petrogenesis, Kluwer.

The Axial Magma Chamber The Axial Magma Chamber Original ModelOriginal Model

Semi-permanent Semi-permanent Fractional crystallizationFractional crystallization

derivative MORB derivative MORB magmas magmas

Periodic reinjectionPeriodic reinjection of of fresh, primitive MORB fresh, primitive MORB from belowfrom below

Dikes upward through the Dikes upward through the extending and faulting extending and faulting roofroof

Figure 13-14.Figure 13-14. From Byran and Moore (1977) From Byran and Moore (1977) Geol. Soc. Amer. Bull., 88, 556-570.Geol. Soc. Amer. Bull., 88, 556-570.

Crystallization near top and Crystallization near top and along the sides along the sides successive successive layers of gabbro (layer 3)layers of gabbro (layer 3)

Dense olivine and pyroxene Dense olivine and pyroxene crystals crystals ultramafic ultramafic cumulates (layer 4)cumulates (layer 4)

Layering in lower gabbros Layering in lower gabbros (layer 3B) from density (layer 3B) from density currents flowing down the currents flowing down the sloping walls and floor?sloping walls and floor?

Figure 13-14.Figure 13-14. From Byran and Moore (1977) From Byran and Moore (1977) Geol. Soc. Amer. Bull., 88, 556-570.Geol. Soc. Amer. Bull., 88, 556-570.

Figure 13-15. After Perfit et al. (1994) Geology, 22, 375-379.

A modern concept of the axial magma chamber beneath a fast-

spreading ridge

The The crystal mush zonecrystal mush zone contains perhaps 30% contains perhaps 30% melt and constitutes melt and constitutes an excellent boundary an excellent boundary layer for the layer for the in situin situ crystallization process crystallization process proposed by Langmuirproposed by Langmuir

Figure 11-12Figure 11-12 From Winter From Winter (2001) An Introduction to (2001) An Introduction to Igneous and Metamorphic Igneous and Metamorphic Petrology. Prentice HallPetrology. Prentice Hall

Melt body Melt body continuous reflector up to several continuous reflector up to several kilometers kilometers alongalong the ridge crest, with gaps at fracture the ridge crest, with gaps at fracture zones, devals and OSCszones, devals and OSCs

Large-scale chemical variations indicate poor mixing Large-scale chemical variations indicate poor mixing along axis, and/or intermittent liquid magma lenses, along axis, and/or intermittent liquid magma lenses, each fed by a source conduiteach fed by a source conduit

Figure 13-16 After Sinton and Detrick (1992) J. Geophys. Res., 97, 197-216.

Model for magma chamber beneath a Model for magma chamber beneath a slowslow-spreading -spreading ridgeridge, such as the Mid-Atlantic Ridge, such as the Mid-Atlantic Ridge Dike-like mush zone and a smaller transition zone beneath Dike-like mush zone and a smaller transition zone beneath

well-developed rift valleywell-developed rift valley Most of body well below the liquidus temperature, so Most of body well below the liquidus temperature, so

convection and mixing is far less likely than at fast ridgesconvection and mixing is far less likely than at fast ridges

Distance (km)10 105 50

2

4

6

8

Dep

th (

km)

Moho

Transitionzone

Mush

Gabbro

Rift Valley

Figure 13-16 After Sinton and Detrick (1992) J. Geophys. Res., 97, 197-216.

Distance (km)10 105 50

2

4

6

8

De

pth

(km

)

Moho

Transitionzone

Mush

Gabbro

Rift Valley

Nisbit and Fowler (1978) suggested that numerous, small, Nisbit and Fowler (1978) suggested that numerous, small, ephemeral magma bodies occur at slow ridges (“infinite leek”)ephemeral magma bodies occur at slow ridges (“infinite leek”)

Slow ridges are generally less differentiated than fast ridges Slow ridges are generally less differentiated than fast ridges No continuous liquid lenses, so magmas entering the axial No continuous liquid lenses, so magmas entering the axial

area are more likely to erupt directly to the surface (hence area are more likely to erupt directly to the surface (hence more primitive), with some mixing of mushmore primitive), with some mixing of mush

Figure 13-16 After Sinton and Detrick (1992) J. Geophys. Res., 97, 197-216.

Figures I don’t use in classFigures I don’t use in class

Figure 13-6.Figure 13-6. From Stakes From Stakes et al. (1984) et al. (1984) J. Geophys. J. Geophys. Res., 89, 6995-7028.Res., 89, 6995-7028.

Figures I don’t Figures I don’t use in classuse in class

Figure 13-7.Figure 13-7. Data from Schilling et Data from Schilling et al. (1983) al. (1983) Amer. J. Sci., 283, 510-586.Amer. J. Sci., 283, 510-586.